塩化ウラン(VI)

六塩化ウラン：性質、反応、そして合成

六塩化[ウラン]は、ウランと塩素の化合物で、ウランの酸化数は+6です。暗緑色の結晶性固体として存在し、複数の波長で蛍光を発する興味深い性質を持っています。その蒸気圧は100℃で1～3mmHgと比較的低く、室温では真空、乾燥空気、窒素、またはヘリウム雰囲気下で安定しています。四塩化炭素に溶解しますが、他のハロゲン化ウランと比較して、やや溶解度は低いと言えます。

構造

六塩化ウランは、八面体構造をとる点が特徴的です。この八面体の精密な幾何学的配置は、結晶構造解析によって詳細に明らかにされています。U-Cl間の結合長は理論値2.472Åに対して、実験値は2.42Åとわずかに短いことが分かっています。また、隣接する塩素原子間の距離は約3.65Åです。これらの結合距離や角度は、分子の安定性や反応性を理解する上で重要な情報となります。

性質

六塩化ウランは、空気中の水分に対して非常に敏感で、吸湿性が高いです。そのため、取り扱いには真空状態または乾燥した不活性ガス雰囲気下で行う必要があります。空気中に放置すると、容易に分解してしまうため注意が必要です。

熱的性質と熱分解

120～150℃までは安定な固体として存在しますが、それ以上の温度では固体構造が変化したり、気体状態では熱分解を起こします。気体状態の六塩化[ウラン]]は、熱分解により五塩化ウラン]と[[塩素ガス(Cl2)に変化します。この熱分解反応の活性化エネルギーは約40kcal/molです。この熱分解反応は、次のような化学式で表されます。

2UCl6(g) → 2UCl5(s) + Cl2(g)

溶解度

六塩化ウランの溶解度は、溶媒の種類によって大きく異なります。四塩化炭素には比較的よく溶け、褐色の溶液を形成します。一方、臭化イソブチルやフロン(C7F16)などへの溶解度は限定的です。

フッ化水素酸との反応

六塩化[ウラン]]は無水フッ化水素酸]と反応し、五フッ化[ウラン]を生成します。この反応は[[室温でも進行し、塩化水素(HCl)と塩素ガス(Cl2)も副生成物として生じます。反応式は以下の通りです。

2UCl6 + 10HF → 2UF5 + 10HCl + Cl2

合成方法

六塩化[ウラン]]は、酸化ウラン](UO3)と[塩素ガス(Cl2)を四塩化炭素中で反応させることで合成できます。この反応は、五塩化ウラン]の存在下で効率的に進行します。まず、UO3がUCl5に、そしてさらに[[塩素と反応してUCl6となります。反応温度は65～170℃（理想的には100～125℃）の範囲が適しています。この反応は圧力変化を伴うため、気密性の高い容器内で実施する必要があります。

この合成反応は、大きく分けて二段階の反応から構成されています。まず、UO3がCl2と反応してUCl5を生成し、その後、UCl5がCl2と反応してUCl6を生成します。それぞれの反応式は以下の通りです。

第一段階: 2UO3 + 5Cl2 → 2UCl5 + 3O2

第二段階: 2UCl5 + Cl2 → 2UCl6

全体: 2UO3 + 6Cl2 → 2UCl6 + 3O2

また、四塩化[ウラン]に高温(350℃)で塩素を反応させることによっても合成可能です。これも二段階の反応を経ます。

第一段階: 2UCl4 + Cl2 → 2UCl5

第二段階: 2UCl5 + Cl2 → 2UCl6

全体: UCl4 + Cl2 → UCl6

このように、六塩化ウランは、その独特の性質と合成法から、様々な化学分野で注目されている化合物です。

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